Nat Med | Një qasje multi-omike për hartimin e tumorit të integruar

Nat Med | Një qasje multi-omike për hartimin e peizazhit të integruar të tumorit, imunitar dhe mikrobial të kancerit kolorektal zbulon ndërveprimin e mikrobiomës me sistemin imunitar
Megjithëse biomarkerët për kancerin primar të zorrës së trashë janë studiuar gjerësisht vitet e fundit, udhëzimet klinike aktuale mbështeten vetëm në stadifikimin e metastazës së tumorit në nyjet limfatike dhe zbulimin e defekteve të riparimit të mospërputhjes së ADN-së (MMR) ose paqëndrueshmërisë mikrosatelitore (MSI) (përveç testimit standard të patologjisë) për të përcaktuar rekomandimet e trajtimit. Studiuesit kanë vërejtur një mungesë të lidhjes midis përgjigjeve imune të bazuara në shprehjen e gjeneve, profileve mikrobike dhe stromës së tumorit në grupin e kancerit kolorektal të Atlasit të Gjenomit të Kancerit (TCGA) dhe mbijetesës së pacientit.

Ndërsa kërkimi ka përparuar, karakteristikat sasiore të kancerit parësor kolorektal, duke përfshirë natyrën qelizore, imune, stromale ose mikrobike të kancerit, janë raportuar se lidhen në mënyrë të konsiderueshme me rezultatet klinike, por ka ende një kuptim të kufizuar se si ndërveprimet e tyre ndikojnë në rezultatet e pacientit.
Për të zbërthyer marrëdhënien midis kompleksitetit fenotipik dhe rezultatit, një ekip studiuesish nga Instituti i Kërkimeve Mjekësore Sidra në Katar kohët e fundit zhvilloi dhe vërtetoi një rezultat të integruar (mICRoScore) që identifikon një grup pacientësh me norma të mira mbijetese duke kombinuar karakteristikat e mikrobiomit dhe konstantet e refuzimit imunitar (ICR). Ekipi kreu një analizë gjenomike gjithëpërfshirëse të mostrave të ngrira të freskëta nga 348 pacientë me kancer primar kolorektal, duke përfshirë sekuencën e ARN-së së tumoreve dhe indin kolorektal të shëndoshë, sekuencën e plotë të ekzomit, receptorin e thellë të qelizave T dhe renditjen e gjenit rRNA bakteriale 16S, të plotësuar nga sekuenca e të gjithë gjenomit të tumorit për të karakterizuar më tej mikrobiomën. Studimi u botua në Nature Medicine si "Një atlas i integruar i tumorit, imunitetit dhe mikrobiomit të kancerit të zorrës së trashë".

Artikull i botuar në Nature Medicine

Përmbledhje e AC-ICAM

Studiuesit përdorën një platformë gjenomike ortogonale për të analizuar mostrat e tumorit të ngrira të freskëta dhe përputheshin me indet e shëndetshme ngjitur të zorrës së trashë (çifte tumor-normale) nga pacientët me një diagnozë histologjike të kancerit të zorrës së trashë pa terapi sistemike. Bazuar në sekuencën e të gjithë ekzomit (WES), kontrollin e cilësisë së të dhënave ARN-seq dhe shqyrtimin e kritereve të përfshirjes, të dhënat gjenomike nga 348 pacientë u ruajtën dhe u përdorën për analizën e poshtme me një ndjekje mesatare prej 4.6 vjetësh. Ekipi hulumtues e quajti këtë burim Sidra-LUMC AC-ICAM: Një hartë dhe udhëzues për ndërveprimet imun-kancer-mikrobiome (Figura 1).

Klasifikimi molekular duke përdorur ICR

Duke kapur një grup modular shënuesish gjenetikë imunitarë për imuno-mbikëqyrjen e vazhdueshme të kancerit, të quajtur konstanta imune e refuzimit (ICR), ekipi hulumtues optimizoi ICR-në duke e kondensuar atë në një panel 20-gjenesh që mbulon lloje të ndryshme kanceri, duke përfshirë melanomën, kancerin e fshikëzës dhe kancerin e gjirit. ICR është shoqëruar gjithashtu me përgjigjen e imunoterapisë në një sërë llojesh kanceri, duke përfshirë kancerin e gjirit.

Së pari, studiuesit vërtetuan nënshkrimin ICR të grupit AC-ICAM, duke përdorur një qasje të bashkëklasifikimit të bazuar në gjenet ICR për të klasifikuar grupin në tre grupime/nëntipe imune: ICR e lartë (tumoret e nxehtë), ICR e mesme dhe ICR e ulët (tumoret e ftohtë) (Figura 1b). Studiuesit karakterizuan prirjen imune të lidhur me nëntipet molekulare të konsensusit (CMS), një klasifikim i bazuar në transkriptome të kancerit të zorrës së trashë. kategoritë CMS përfshinin CMS1/imun, CMS2/kanonik, CMS3/metabolik dhe CMS4/mesenkimal. Analiza tregoi se rezultatet e ICR ishin të lidhura negativisht me disa rrugë të qelizave kancerogjene në të gjitha nëntipet e CMS dhe korrelacionet pozitive me rrugët imunosupresive dhe të lidhura me stroma u vunë re vetëm në tumoret CMS4.

Në të gjitha CMS, bollëku i nëngrupeve të qelizave vrasëse natyrore (NK) dhe qelizave T ishte më i lartë në nëntipet ICR me imunitet të lartë, me ndryshueshmëri më të madhe në nëngrupet e tjera të leukociteve (Figura 1c). Nëntipet imune ICR kishin OS dhe PFS të ndryshme, me një rritje progresive të ICR nga i ulët në i lartë (Roli i vlefshëm i ICR në kancerin e vlefshëm).

Figura 1. Dizajni i studimit AC-ICAM, nënshkrimi i gjenit i lidhur me imunitetin, nëntipet imune dhe molekulare dhe mbijetesa.
ICR kap qelizat T të pasuruara me tumor, të përforcuara klonisht
Vetëm një pakicë e qelizave T që infiltrojnë indet tumorale janë raportuar të jenë specifike për antigjenet e tumorit (më pak se 10%). Prandaj, shumica e qelizave T intratumorale quhen qeliza T rastësore (qeliza T rastësore). Korrelacioni më i fortë me numrin e qelizave T konvencionale me TCR produktive u vu re në nënpopullimet e qelizave stromale dhe leukociteve (të zbuluara nga ARN-seq), të cilat mund të përdoren për të vlerësuar nënpopullimet e qelizave T (Figura 2a). Në grupimet ICR (klasifikimi i përgjithshëm dhe CMS), klonaliteti më i lartë i TCR-ve imune SEQ u vu re në grupet CMS1/imune të nëntipit të ICR-së dhe CMS (Figura 2c), me përqindjen më të lartë të tumoreve me ICR të lartë. Duke përdorur të gjithë transkriptomin (18,270 gjene), gjashtë gjene ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA dhe CXCL10) ishin ndër dhjetë gjenet kryesore të lidhura pozitivisht me klonalitetin imun SEQ TCR (Figura 2d). Klonaliteti i ImmunoSEQ TCR lidhej më fort me shumicën e gjeneve ICR sesa korrelacionet e vëzhguara duke përdorur shënuesit CD8+ që i përgjigjen tumorit (Figura 2f dhe 2g). Si përfundim, analiza e mësipërme sugjeron që nënshkrimi ICR kap praninë e qelizave T të pasuruara me tumor, të amplifikuara klonisht dhe mund të shpjegojë implikimet e tij prognostike.

Figura 2. Metrika TCR dhe korrelacioni me gjenet e lidhura me imunitetin, nëntipet imune dhe molekulare.
Përbërja e mikrobiomit në indet e shëndetshme dhe kancerin e zorrës së trashë
Studiuesit kryen sekuencën e 16S rRNA duke përdorur ADN-në e nxjerrë nga tumori dhe indi i shëndetshëm i zorrës së trashë nga 246 pacientë (Figura 3a). Për vërtetim, studiuesit analizuan gjithashtu të dhënat e sekuencës së gjenit 16S rRNA nga 42 mostra të tjera të tumorit që nuk kishin ADN normale të përputhur në dispozicion për analizë. Së pari, studiuesit krahasuan bollëkun relativ të florës midis tumoreve të përputhura dhe indeve të shëndetshme të zorrës së trashë. Clostridium perfringens u rrit ndjeshëm në tumore në krahasim me mostrat e shëndetshme (Figura 3a-3d). Nuk kishte asnjë ndryshim domethënës në diversitetin alfa (diversiteti dhe bollëku i specieve në një kampion të vetëm) midis mostrave të tumorit dhe atyre të shëndetshëm, dhe një reduktim modest i diversitetit mikrobik u vu re në tumoret me ICR të lartë në krahasim me tumoret me ICR të ulët.
Për të zbuluar lidhjet klinike të rëndësishme midis profileve mikrobiale dhe rezultateve klinike, studiuesit synuan të përdorin të dhënat e sekuencës së gjenit 16S rRNA për të identifikuar tiparet e mikrobiomës që parashikojnë mbijetesën. Në AC-ICAM246, studiuesit përdorën një model regresioni OS Cox që zgjodhi 41 veçori me koeficientë jo zero (të lidhur me rrezikun diferencial të vdekshmërisë), të quajtur klasifikues MBR (Figura 3f).
Në këtë grup trajnimi (ICAM246), një rezultat i ulët MBR (MBR<0, MBR i ulët) u shoqërua me një rrezik dukshëm më të ulët të vdekjes (85%). Studiuesit konfirmuan lidhjen midis MBR të ulët (rreziku) dhe OS të zgjatur në dy grupe të vërtetuara në mënyrë të pavarur (ICAM42 dhe TCGA-COAD). (Figura 3) Studimi tregoi një korrelacion të fortë midis rezultateve të kokëve endogastrik dhe MBR, të cilat ishin të ngjashme në tumor dhe në indet e shëndetshme të zorrës së trashë.

Figura 3. Mikrobioma në tumor dhe indet e shëndetshme dhe lidhja me ICR dhe mbijetesën e pacientit.
konkluzioni
Qasja multi-omics e përdorur në këtë studim mundëson zbulimin dhe analizën e plotë të nënshkrimit molekular të përgjigjes imune në kancerin kolorektal dhe zbulon ndërveprimin midis mikrobiomës dhe sistemit imunitar. Sekuenca e thellë TCR e tumorit dhe indeve të shëndetshme zbuloi se efekti prognostik i ICR mund të jetë për shkak të aftësisë së tij për të kapur klone qelizore T të pasuruara me tumor dhe ndoshta të tumorit antigjen specifik.

Duke analizuar përbërjen e mikrobiomës së tumorit duke përdorur sekuencën e gjenit 16S rRNA në mostrat AC-ICAM, ekipi identifikoi një nënshkrim mikrobiomik (rezultati i rrezikut MBR) me vlerë të fortë prognostike. Megjithëse ky nënshkrim rrjedh nga mostrat e tumorit, kishte një lidhje të fortë midis kolorektumit të shëndetshëm dhe rezultatit të rrezikut të tumorit MBR, duke sugjeruar që ky nënshkrim mund të kapte përbërjen e mikrobiomës së zorrëve të pacientëve. Duke kombinuar rezultatet ICR dhe MBR, u bë e mundur të identifikohej dhe vërtetohej një biomarker studentor multi-omik që parashikon mbijetesën në pacientët me kancer të zorrës së trashë. Të dhënat multi-omike të studimit ofrojnë një burim për të kuptuar më mirë biologjinë e kancerit të zorrës së trashë dhe për të ndihmuar në zbulimin e qasjeve terapeutike të personalizuara.

Referenca:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al. Një atlas i integruar i tumorit, imunitetit dhe mikrobiomit të kancerit të zorrës së trashë. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).